通用智能流速儀計數器在位山灌區支渠測流的應用

張體剛

(山東省聊城市位山灌區管理處，山東 聊城 252000)

1 灌區及測水工作現狀

位山灌區以自流灌溉為主，閘首設計引水流量240 m3/s，加大流量380 m3/s，現有跨鄉(鎮)的分干渠53條，總長797 km，支渠825條，總長5 100 km，控制聊城7個縣(市區)和3個市屬開發區89個鄉(鎮)大部分耕地灌溉任務。屬于半干旱半濕潤大陸性氣候，降水時空分布不均，人均水資源占有量僅203 m3，為全省人均占有量的2/3，是全國人均占有量的1/10，屬于水資源貧乏區。灌區可供水量主要是黃河水，近年來黃河河底下切，造成引水困難，供需矛盾已制約了灌區的發展。要解決這一矛盾，就要提高測流精度，提高水的利用率，提高灌溉管理水平，在灌區內大力推行節約用水。

復灌以來，灌區一直重視測水工作，干渠測站引進全自動纜道測流系統。但由于歷史原因，支渠建設一直較落后，渠系配套不完善，測流設備跟不上，造成支渠量水測水精度不高，誤差較大。事實證明，這種傳統灌溉測流已不能與建設全國一流的現代化新型生態灌區相適應，不能為農業灌溉計劃用水、按方收費,提供翔實數據。為進一步加強灌溉用水管理，促進節約用水，提高灌水質量和灌溉效率[1]，為定額供水、合理配水、計量收費等提供可靠數據，位山灌區對支渠量水設施進行了全面升級更新。

2 概要及測量原理

XZ-3型通用智能流速儀計數器是為測流專門研制的新型測速儀器，適用于0.01～9.999 m/s，測算誤差≤0.01%，溫度范圍在-10℃～50℃。組成部分有RS232通訊口、顯示器、單片機、存儲和時鐘電路、信號接收電路、可充電電池及可調用數據的軟件。儀器可單獨使用，也可組合LS1206B型旋漿式流速儀成套使用，各種信號是由轉子流速傳感器所產生，并被接收，具有存儲功能，隨時可以查閱、調取資料。

流速儀工作時，在水流作用力驅動下，葉漿產生回轉，同時帶動其內部轉子系統同步旋轉，使裝置轉子上的磁鋼激勵干簧管產生通斷信號。然后，可依據其在單位時間內產生的信號總數，由以下公式計算出V值：

式中：V為時段內平均流速，m/s；b為槳葉水力螺距，m；a為流速儀常數，m/s；T為測流歷時，m；N為T時段內的總轉數。

3 操作技術

儀器的操作使用主要由測量操作、測量狀態顯示、存儲狀態顯示、設置操作、查詢操作、通訊等幾大項組成。再配合LS1206B型旋漿式流速儀、CG16-1型測桿共同完成整個測流。

儀器共有7個功能鍵，見圖1。流速儀計數器參數(信號型式、信號周期、a值、b值)在設定完成后，裝上流速儀，接儀器無芯航空插座，便自動連通電源，顯示屏顯示測量、查詢、設置功能，光標默認在測量位置，按“換屏/確認鍵”進入垂點、延時、歷時等界面，按“位移”和“置數”鍵進行垂點、歷時(60 s或100 s)設置；在確認置數準確后，按下“換屏/確認鍵”進入測速狀態，歷時和流速信號數開始滾動，待歷時達到設定值時，流速數據已經自動計算出來，同時會有報警聲，提示測流員是否保存當前流速數據，可按“置數”鍵進行選擇，測量完成。接上通訊插頭，連接計算機串口，存儲區數據發送回計算機，自動生成Excel表。

圖1 功能鍵示意圖

4 對比施測流量

以位山灌區牛王支渠為例，牛王支渠是襯砌渠道，測點斷面為矩形，長寬為固值。在同一時間、同一地點、同一水位、水流平穩情況下，使用XZ-3型通用智能流速儀計數器施測流量，傳統灌溉測流施測流量資料30份，最大流量4.86 m3/s，最小流量0.50 m3/s，基本控制了該支渠歷年來的流量變化。然后將兩種方法施測流量數據對比分析，見表1。Q1表示XZ-3型通用智能流速儀計數器施測流量，Q2表示傳統灌溉測流施測流量。

表1 測流流量對比數據表

續表1

由表1中數據可以計算出兩者流量誤差：

1) 系統誤差(%)：

X均=-3.09/30=-0.10

2) 標準差(%)：

3) 隨機不確定度(%)：4.36

通過分析可知，系統誤差X均=-0.10% ，隨機不確定度未超出5%，滿足《河流流量測驗規范》(GB50179-1993)要求，XZ-3型通用智能流速儀計數器測流數據偏離程度比較小，施測流量數據可以作為灌區計量供水收費的重要依據[2]。

5 應用效果

5.1 自動化程度高

就支渠原始測流法而言，一個測流的過程至少需要3至4人配合完成，一人操作設備，一人查看時間，一人記錄數據，在需用時間上更是不定。而該智能設備的使用實現了流速的自動采集、計算、傳輸、生成Excel表，還可以根據需要輸出斷面流速分布。現在最多2個測流人員進行操作設備幾分鐘就可以獨自完成全部工作，操作簡單，穩定可靠，適用性強，同時大大減輕了枯燥繁瑣的重復勞動，提高了工作效率。

5.2 測流精度得到提高

該設備運用前，測深流速憑秒表掐時、套用公式手算，運行系統為可控制，施測流量數據誤差較大；該儀器啟用后，實現了流速計算自動化，消除了人為因素帶來的誤差和老式測流設備存在的遲頓問題，縮小了儀器自身誤差，全面提高了測、報、整、算等整個測流過程精度[2]。

5.3 實現了節約用水

和以往相比，能夠在最短時間里完成測流，得到支渠流量的大小，并且把數據反饋于灌區，使灌區能夠及時掌握，合理分配、調控水資源，避免了支渠取水、配水流量的忽大忽小，從而將支渠水的有效利用系數提高3至10個百分點，年節水達30×104m3，達到優化配置、高效利用的目的，對有效控水、科學管水、節約用水有極其重要意義。

6 結 語

新時代需要有新觀念來看待支渠管理的諸多問題。傳統灌溉測流已不能繼續支撐位山灌區綠色持續健康發展，灌區在應對未來水資源短缺的主要策略就是提高測流精度，合理分配水資源，用最少水來澆灌最多農田，節約用水。可見，建設支渠測流信息化是新時代灌區發展的要求。